酸奶工厂设计毕业设计.docx

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酸奶工厂设计毕业设计

酸奶工厂设计_毕业设计

1绪论

1．1酸奶简介

牛乳的组成最为接近人体的母乳，含有人体所需要的全部营养成分，营养最为均衡，在人们的膳食结构中具有其他食品无法替代的地位和作用。

由鲜牛乳发酵成的酸乳由于其丰富的营养、特殊的风味、爽滑的质构和良好的生理功能，备受人们青睐[1]。

联合国粮农组织和世界卫生组织（FAO/WHO）将酸奶定义为乳与乳制品（杀菌乳或浓缩乳）在保加利亚杆菌（L.bulgaricus）和嗜热链球菌（S.thermophilus）的作用下乳酸发酵而得到的凝固型乳制品其中可任意添加全脂乳粉、脱脂乳粉、乳清粉等。

但在最终发酵产品中必须大量存在这些微生物。

也可简单将其定义为以新鲜牛乳或乳粉为原料，经乳酸菌保温发酵而制成的产品[2]。

通常根据酸奶在零售过程中的产品存在状态来进行分类，具体可分为凝固型酸奶和搅拌型酸奶。

乳酸菌在乳中生长繁殖，发酵分解产生乳酸等有机酸，导致乳的pH值下降，使乳酪蛋白在其等电点附近发生凝集，把这种乳凝状的酸奶称为凝固型酸奶。

所谓搅拌型酸奶，是指先在发酵罐中通过乳酸菌的作用，将经过标准化处理的牛乳发酵至乳凝，然后再用搅拌器破乳，是凝乳粒子保持在0.01～0.04mm大小的一种酸奶。

产品呈半流动状态的粥糊状，易使用吸管吸食[3]。

一半搅拌型酸乳可分为原味型和水果型，而凝固型大都为原味型[4]。

酸乳又名酸牛乳或酸奶，作为众多的发酵乳产品中当今最为流行的乳制品，最初出现时其名是与发酵乳混用的，表示变酸的乳。

尽管目前没有关于人类何时第一次制作酸奶的明确记载，但酸奶的食用可以追溯到许多世纪以前。

发酵乳起源于巴尔干半岛和中东地区，在那里，牧民们早在几千年前就发现了可以通过发酵可以延长鲜乳保存期的方法。

虽然起源没有明确的记载，但酸奶有益于人类身体健康并有丰富的营养价值这一观念在许多文明国度里已存在了很长时间。

依据波斯人的传统，亚伯拉罕把自己的富饶和长寿归功于酸奶而法国皇帝法兰西一世据说也因饮用由山羊奶制成的酸奶而治愈其体虚气弱之疾[5]。

然而，酸奶却极有可能起源于中东，在那时这种发酵产品的演变与世界各地牧民的烹饪技术发展是分不开的[6]。

1.1.1国外酸乳市场情况

在欧美及其他发达国家，乳品是人们摄取动物蛋白的最主要食品之一，这些国家的人均消费量约为300kg每年。

根据FAO的统计数据:

2000年世界的人均乳品消费量约为l00kg每年，亚洲人均乳品消费量（不包括中国）约为40kg每年，日本、韩国、中国台北区和印度的人均消费量均已超过60kg每年[7]。

世界乳品的需求每年按2%的速度在增长，发达国家的增长率大约是1%，而酸乳的增长速度超过5%，从全世界范围来看，酸奶也是发展最快的乳制品，每年乳制品的新品种中有约7%是酸奶，每年约有近千种酸奶新产品问世[8]。

1.1.2国内酸乳市场状况

尽管目前我国的乳业市场不断扩大，乳品消费观念在不断提高，但我国年人均乳制品不足20kg的消费量与世界人均1OOkg、发达国家人均140kg的消费量相比还有较大差距。

中国的乳品消费在整体上并没有进入完全理性的轨道。

由于营养知识的欠缺，许多人不了解乳品对改善营养、平衡膳食、补钙和增强体质的重要作用，包括对酸乳的认识也不够，因而市场占有率也不太高，不过随着人们对酸乳营养价值的认识，人们对酸奶的态度发生了改变，市场占有份额也逐年增加。

表1为近几年城镇居民人均乳及乳制品增长情况。

表1城镇居民人均乳及乳制品增长情况

2001年较2002年2001年较2002年2001年较2002年

增长量增长量增长量

鲜乳品0.1970.2180.188

奶粉0.020.10.018

酸奶0.2140.3380.39

由表1可以明显看出，酸奶在所有的乳制品中的增长速度最快。

据不完全统计，随着我国居民生活水平和消费观念的转变，酸奶的消费在以后的较长时间内仍旧会保持迅速的增长势头，这种超常的增长速度在全球酸奶发展史上是非常罕见的，市场前景极为广阔[9]。

1.1.3发酵乳的营养价值及保健作用

饮用酸乳制品对身体有很多益处，乳中许多成分具有很高的营养价值，而且微生物菌群产生的许多代谢产物对人体也极为有益。

（1）营养作用牛奶中乳糖经乳酸菌发酵，其中20%～30%被分解为葡萄糖和半乳糖。

前者进一步转化为乳酸或其他有机酸，这些有机酸有益于身体健康；后者被人吸收利用，可参与幼儿脑苷脂和神经物质的合成，并有利于提高乳脂肪的利用率。

牛奶中的蛋白质经发酵作用后，乳蛋白变成微细的凝乳粒，易于被人消化吸收。

酸奶中的磷、钙和铁易被吸收，有利于防止婴儿佝偻病和老人骨质疏松病。

牛奶中的脂肪经乳酸菌作用后，发生解离或酯键被破坏，易于被机体吸收。

发酵过程中，乳酸菌还会产生人体所必需的维生素B1、维生素B2、维生素B6、维生素B12、烟酸和叶酸等营养物质[10]。

（2）缓解乳糖不耐症乳酸菌产生的乳糖酶能降解牛奶中的乳糖，因此乳糖不耐症患者饮用酸奶就不会出现饮用牛奶时发生的乳糖不耐症，如腹胀、腹痛、肠道痉挛、下泻等。

（3）整肠作用人体肠道内存在有益菌群和有害菌群。

在人体正常情况下，前者占优势；当人患病时，有害菌群占优势。

饮用酸奶可以维持有益菌群的优势[11]。

（4）抑菌作用嗜热乳杆菌和双歧杆菌不受胃液和胆汁的影响，可以进入肠道，在肠道内存留较长时间。

这两种乳酸菌以及在这些乳酸菌影响下生长起来的肠道中的其他乳酸菌，可以产生嗜热乳菌素等抗菌物质，这些物质大都对大肠杆菌、沙门氏菌和金黄色葡萄球菌等有明显的抑菌作用[12]。

（5）改善便秘作用进入肠道中的活的乳酸菌能产生乳酸、醋酸等有机酸。

这些有机酸有刺激肠道，加强蠕动的作用，故可以改善便秘[13]。

（6）降低胆固醇牛乳中的乳清酸、乳糖和钙，以及酸奶中存在的羟基戊二酸都有降低胆固醇的作用[14]。

（7）抗癌作用酸奶有抑制3种酶的活性作用，这些酶能引起癌变。

另外，酸奶还能激活巨噬细胞，抑制肿瘤细胞，从而起到抗癌作用[15]。

2设计总论

2．1设计依据、原则、范围

2．1．1设计依据

本设计依据河北科技大学生物工程与食品科学学院食品教研室下达的《设计任务书》而进行设计的。

2．1．2设计原则

本设计以我国目前的乳品行业发展状况为基点，贯彻国家发展食品工业的各项条例，从节省能源，生产向机械化、自动连续化、大型化方向发展。

尽量做到因地置宜，力求技术上的可行性和经济上的合理性。

尽可能地采用新工艺、新设备、新技术，并节约设备投资，在保证产品质量的前提下，尽可能减少原辅料的消耗，充分考虑工人工作和生活条件，美化环境，搞好生活设施建设，对各方面进行综合考虑，使设计准确合理。

2．1．3设计范围

本设计主要是年产30000t发酵乳制品车间的工艺设计。

设计范围包括厂址选择，制定产品方案，各产品工艺流程的确定，工艺论证，根据物料衡算进行设备选型，对水、电、汽等生产车间必备的生产要素的配给和优化，企业组织及劳动力组成，全厂辅助设施及公用系统，车间生产工艺流程图、车间平面布置图、工厂总平面布置图和工厂主要车间立剖图各一张，经济核算及效益分析。

2．2厂址选择

2．2．1厂址

本设计厂址选择在石家庄市。

2．2．1厂址选择原因

石家庄地处河北省中南部，环渤海湾经济区，距首都北京283公里。

位于北纬37°27′～38°47′,东经113°30′～115°20′之间，东与衡水接壤，南与邢台毗连，西与山西为邻，北与保定为界。

南北最长处约148.018公里，东西最宽处约175.383公里，周边界长760公里。

2008年，石家庄市总面积15,848平方公里，常住人口966万人，其中市区面积455.8平方千米，市区人口240万人。

石家庄市地处中纬度欧亚大陆东缘，属于暖温带大陆性季风气候。

太阳辐射的季节性变化显著，地面的高低气压活动频繁，四季分明，寒暑悬殊，雨量集中于夏秋季节。

干湿期明显，夏冬季长，春秋季短。

夏季经常达到34度。

　石家庄市总的气候特点为：

年平均气温偏高，春温夏热秋凉冬冷，雨量分布不均，大部分地区接近常年，西部部分山区雨量偏多，日照偏少，春季天气多风。

石家庄是一个极具发展潜力的城市。

自然资源丰富，交通通讯便利，基础设施配套，工商业发达，市场前景广阔，投资环境较为优越，是国内外客商投资兴业的理想之处。

在全球经济一体化迅猛发展的今天，石家庄依托自身优势，正在全力打造“中国药都”、“全国纺织基地”、“华北重要商埠”、“北方特色农业区”和区域性高新技术产业中心为主导的支柱产业，为早日实现“加快发展、富民强市”的宏伟目标而奋斗。

3原辅材料及产品的标准

3．1原辅料的特性及标准

3．1．1原料乳特性及标准

牛乳为乳白色或微黄色，含有丰富的蛋白质、碳水化合物、矿物质等人体所需要的全部营养成分。

其营养价值之高是其它食物所不能比的。

原料乳应符合国家标准GB/T6914-1986中的规定。

如表2表所示：

表2原料乳的国家标准

项目指标

脂肪含量/%≥3.10

相对密度（20℃/4℃）≥1.028

酸度（以乳酸计）/%≤0.162

杂质度/（mg/kg）≤4

汞含量/（mg/kg）≤0.01

三聚氰胺含量/（mg/kg）≤2.5

3．1．2发酵剂特性

发酵剂所用菌种是嗜热链球菌和保加利亚乳杆菌的混合菌种。

直投式发酵剂采用超浓缩处理，含活菌109～1011个/g以上，活力极强，可直接使用，且染菌几率小，节省能耗。

发酵剂可使牛乳中的乳糖转化为乳酸，并赋予乳制品以良好的风味。

3．1．3香精特性及标准

香精可增加乳制品的风味、香味。

香精应符合国家标准GB10355-89中的规定。

如表3所示：

表3香精的国家标准

项目指标状态

粒度/μm≤2分布均匀，原液稳定性不分层

砷（As）含量/%≤0.0003

重金属（以pb计）≤0.001

细菌总数（个/mL）≤100.0

细菌总数（个/mL）≤100.0

大肠菌群（个/mL）≤30

3．1．4稳定剂特性及标准

这里使用羧甲基纤维素钠（CMC）作为稳定剂，它呈白色或微黄色纤维状粉末，可增加乳制品的黏稠度和稳定性。

羧甲基纤维素钠（CMC）应符合国家标准GB1940-2005中的规定。

如表4所示：

表4羧甲基纤维素钠（CMC）国家标准

项目FH6指标

2%水溶液粘度，mpa·s≥800～1200

钠含量（Na），%≥6.5～8.5

pH值6.0～8.5

干燥减量，%≤10.0

氯化物（以Cl-计），%≤1.8

重金属（以pb计），%≤0.002

铁（Fe）,%≤0.03

砷（As）,%≤0.0002

注：

FH6为高粘度。

3．1．5白砂糖特性及标准

白砂糖是食糖中质量最好的一种。

其颗粒为结晶状，均匀，颜色洁白，甜味纯正。

白砂糖应符合国家标准GB317-2006中的规定。

如表5所示：

表5白砂糖国家标准

项目指标

蔗糖分，不少于（%）99.65

还原糖分，不多于（%）0.15

灰分，不多于（%）0.10

水分，不多于（%）0.07

色值，不超过（St°）2.00

其他不溶于水的杂质，每公斤产品不超过（mg）60

3.2产品标准

3.2.1酸乳

酸乳应符合国家标准GB2746中的规定.如下所示：

1）感官指标：

呈乳白色或稍带淡黄色，具有清香纯净的乳酸味，凝块稠密结实均匀，无气泡，允许少量乳清析出。

2）理化指标：

见表6

表6理化指标

项目指标

脂肪（%）≥3.10

酸度（以乳酸计）（%）0.63～0.99

汞（mg/kg，以Hg计）≤0.01

3）细菌指标：

见表7

表7细菌指标

项目指标

大肠菌群（个/mL）≤90

致病菌（系指肠道致病菌及致病性球菌）不得检出

4工艺论证

4.1基本原理

4.2项目设计主要特点及可行性

4．2．1设计主要特点

整个生产过程，基本上是连续进行的符合生产向机械化、自动化、连续化、大型化方向发展的要求。

4．2．2设计可行性

本设计立项目标明确，技术成熟、先进，产品市场广阔，具有良好的经济、社会和生态效益，项目是可行的。

4.3工艺流程及说明

4.3.1酸奶的工艺流程及操作要点说明

4.3.1.1搅拌型酸奶的工艺流程

鲜牛乳

验收

预处理

奶仓

牛乳

白砂糖

溶解

调配

预热（60℃～65℃）

均质（15MPa）

杀菌（95℃，5min）

冷却（42℃～45℃）

直投式发酵剂接种

发酵（终点pH4.6）

破乳、冷却（15℃～20℃）

溶解杀菌冷却混合

稳定剂、水、白砂糖均质（15MPa）

冷却（15℃～20℃）

灌装、冷藏

保持冷链贮存或销售

4.3.1.2操作要点说明

（1）预处理

净化可以除去原料乳中的杂质，使牛乳达到最高的纯净度。

为使原料乳中脂肪和无脂干物质之间的比例关系符合制品的要求，可通过闪蒸操作调整其比例关系。

（2）预热

预热一方面可以杀菌，而且由于适当加热，可以使一部分乳清蛋白凝固，提高酪蛋白的热稳定性，以防止灭菌时凝固，并赋予成品以适当的黏度。

同时可以钝化酶并降低均质后乳脂肪球的直径，防止均质后的产品中脂肪上浮，增加产品的稳定性。

预热温度控制在60℃～65℃。

（3）均质

均质主要是使原料充分混合均匀，阻止奶油上浮，提高酸乳的稳定性和稠度，并保证乳脂肪均匀分布，从而获得质地细腻、口感良好的产品。

均质压力控制在

15MPa。

（4）杀菌

杀菌目的在于杀灭原料乳中的杂菌确保乳酸菌的正常生长和繁殖，钝化原料乳中的天然抑制物；使乳清蛋白变性，以达到改善组织，提高黏稠度和防止成品乳清西出的目的。

杀菌温度控制在95℃，保温5min进行杀菌。

（5）冷却

冷却主要是为接种的需要。

经过热处理的牛乳需要冷却到一个适宜的接种温度，此温度控制在42℃～45℃内。

（6）接种

接种是造成酸乳受微生物污染的主要环节之一，因此严格注意操作卫生，防止细菌、酵母、霉菌、噬菌体及其他有害微生物的污染。

接种时充分搅拌，使发酵剂与原料乳混合均匀。

（7）发酵

发酵温度控制在42℃～45℃，从而为微生物代谢提供最适的温度环境，发酵时间2.5h～3h，且期间不搅拌。

发酵终点判定：

观察发酵乳表面的状态，只要表面呈均匀的凝固样，并且又少量如清析出，即可初步判断接近发酵终点，再测定pH4.6时即可停止发酵。

（8）破乳、冷却

破碎凝胶体，使凝胶体的粒子直径达到0.01mm～0.4mm，并使酸乳的硬度和黏度及组织状态发生变化。

搅拌速度不可过快，时间不宜过长。

冷却目的是抑制乳酸菌的生长、降低酶的活性、防止产酸过度、使酸奶逐渐凝固、降低和稳定脂肪上浮和乳清析出的速度。

将发酵乳迅速降温至15℃～20℃。

（9）混合

将经溶解和杀菌的稳定剂、水和白砂糖辅料与发酵乳进行混合。

（10）均质

使混合料液滴微细化，提高料液黏度，抑制粒子的沉淀，并增强稳定剂的稳定效果。

均质压力控制在15MPa,均质温度为60℃左右。

均质是为了充分将添加入混合罐中的稳定剂、水和白砂糖辅料混合均匀，从而获得质地细腻、口感良好的产品。

（11）灌装和冷藏

采用相应灌装机进行灌装后的成品置于0℃～5℃冷藏12h～24h，进行后熟，以产生良好的风味。

4.3.2果味酸奶的工艺流程及操作要点说明

4.3.2.1果味酸奶的工艺流程

鲜牛乳

验收

预处理

奶仓

牛乳

白砂糖

溶解

调配

预热（60℃～65℃）

均质（15MPa）

杀菌（95℃，5min）

冷却（42℃～45℃）

直投式发酵剂接种

发酵（终点pH4.6）

果浆破乳、冷却（15℃～20℃）

溶解杀菌冷却混合

稳定剂、水、白砂糖、香精均质（15MPa）

冷却（15℃～20℃）

灌装、冷藏

保持冷链贮存或销售

4.3.2.2操作要点说明

（1）预处理：

见4中4.3.1.2中的

（1）

（2）预热：

见4中4.3.1.2中的

（2）

（3）均质：

见4中4.3.1.2中的（3）

（4）杀菌：

见4中4.3.1.2中的（4）

（5）冷却：

见4中4.3.1.2中的（5）

（6）接种：

见4中4.3.1.2中的（6）

（7）发酵：

见4中4.3.1.2中的（7）

（8）破乳、冷却：

见4中4.3.1.2中的（8）

（9）混合

将经溶解和杀菌的稳定剂、水、香精和白砂糖辅料及经杀菌的果浆一同加入发酵乳中混合。

（10）均质：

见4中4.3.1.2中的（10）

（11）灌装、冷藏：

见4中4.3.1.2中的（11）

4.3.3凝固型酸奶的工艺流程及操作要点说明

4.3.3.1凝固型酸奶的工艺流程

鲜乳或还原乳

验收

预处理

奶仓

牛乳

白砂糖溶解调配

预热60～65℃

15～20MPa均质

加热灭菌90～95℃、3～5min

冷却快速冷却至42～45℃

直投式发酵剂接种

灌装

直投式菌种：

43℃发酵

4～6.5h

速冷速冷至15～20℃

冷藏后熟：

4℃冷藏过夜

保持冷链贮存或销售

4.3.3.2操作要点说明

（1）预处理：

见4中4.3.1.2中的

（1）

（2）预热：

见4中4.3.1.2中的

（2）

（3）均质：

见4中4.3.1.2中的（3）

（4）杀菌：

见4中4.3.1.2中的（4）

（5）冷却：

见4中4.3.1.2中的（5）

（6）接种：

见4中4.3.1.2中（6）

（7）灌装：

采用相应灌装机进行灌装

（8）发酵：

发酵温度控制在42℃～45℃，从而为微生物代谢提供最适的温度环境，发酵时间4～6.5h。

（9）速冷：

冷却目的是抑制乳酸菌的生长、降低酶的活性、防止产酸过度、使酸奶逐渐凝固、降低和稳定脂肪上浮和乳清析出的速度。

将发酵乳迅速降温至15℃～20℃。

（10）冷藏：

成品置于0℃～5℃冷藏12h～24h，进行后熟，以产生良好的风味。

发酵终点判定：

观察发酵乳表面的状态，只要表面呈均匀的凝固样，并且又少量乳清析出，即可初步判断接近发酵终点，再测定pH4.5～4.6时即可停止发酵。

5产品方案与物料衡算

5.1产品方案

5．1．1产品方案确定说明

本设计根据产品的种类、包装种类和各产品的产量，并且符合生产向机械化、自动化、连续化发展方向的要求，最终确定了本设计的产品方案。

5．1．2产品方案一览表

表8年产20000t发酵乳制品工厂的产品方案一览表

产品

名称

包装

种类

一月

二月

三月

四月

五月

六月

七月

八月

九月

十月

十一月

十二月

年产量

（t）

凝固型酸奶

玻璃瓶

500g

8001

搅拌型酸奶

联合杯

125g

9146

屋顶包

150g

7001

屋顶包

250g

5997

月产量

（t）

2046

2427

2046

2427

2609

2928

2928

2928

2609

2575

2575

2427

30525

注：

a）一个月按25天生产计算；

b）两个旬连续生产按16天计算；

c）一个旬按9天生产计算。

5.2物料衡算

5.2.1酸奶的物料衡算

5．2．1．1酸奶的配方

全脂鲜乳90%，白砂糖6%，稳定剂（CMC）0.2%，水3.8%。

5．2．1．2酸奶的物料衡算

以班产30.59t为计算单位：

（1）设定灌装过程的工艺损失为1.5‰，则灌装损失前的物料量为30.59/0.9985=30.636（t）；

（2）设定均质过程的工艺损失为0.3‰，则均质损失前的物料量为30.636/0.9997=30.645（t）；

其中，白砂糖占3%，即30.645×0.03=0.919（t）；稳定剂占0.2%，即30.645×0.002=0.061（t）；水占3.8%，即30.645×0.038=1.165（t）。

设定白砂糖、稳定剂和水在冷却、杀菌过程的工艺损失为0.2‰,则冷却、杀菌损失前的各物料量分别为0.919t、0.061t和1.165t。

则混合配料前的物料量为：

30.645-0.919-0.061-1.165=27.951（t）。

（3）设定接种、发酵、破乳、冷却过程的工艺损失为1.0‰，则接种、发酵、破乳、冷却损失前的物料量为27.951/0.999=27.979（t）；

（4）设定冷却（42℃±1）过程的工艺损失为0.2‰，则冷却损失前的物料量为27.979/0.9998=27.985（t）；

（5）设定杀菌过程的工艺损失为0.2‰，则冷却损失前的物料量为27.985/0.9998=27.990（t）；

（6）设定均质过程的工艺损失为0.2